מחקרים רבים הראו כי כלבים מאולפים יכולים לזהות סוגים רבים של מחלות – כולל סרטן ריאות, , שלפוחית השתן וייתכן אפילו קורונה – פשוט באמצעות ריח. במקרים מסוימים, הכוללים סרטן מסוים, הכלבים הצליחו לזהות בשיעור הצלחה של 99 אחוז באיתור המחלה על ידי הרחת דגימות שתן של חולים.
על פניו נשמע מופלא, אך ישנם קשיים בהכשרת כלבים למטרות הנ"ל, מאחר ולוקח זמן להכשיר כלבים כאלה, וזמינותם וזמנם מוגבל. החלו המדענים לחפש דרכים לאוטומציה של יכולות הריח של האף והמוח הכלביים, במכשיר קומפקטי. כעת, צוות חוקרים ב- MIT ובמוסדות אחרים העלה מערכת שיכולה לזהות את התוכן הכימי והמיקרוביאלי של דגימת אוויר ברגישות גדולה עוד יותר מאף הכלב. הם שילבו זאת לתהליך לימוד מכונה שיכול לזהות את המאפיינים הייחודיים של הדגימות נושאות המחלה.
הממצאים, שלדעת החוקרים יכולים להוביל מתישהו למערכת גילוי ריחות אוטומטית קטנה מספיק כדי להיכלל בטלפון הסלולרי, מתפרסמים היום בכתב העת PLOS One , במאמר של Clare Guest של כלבים לגילוי רפואי בבריטניה מדען המחקר אנדראס מרשין מ- MIT ו- 18 אחרים מאוניברסיטת ג'ונס הופקינס, וכמה אוניברסיטאות וארגונים אחרים.
"כלבים, הוכחו כגלאי המחלה המוקדמים והמדויקים ביותר לכל דבר שניסינו אי פעם", אומר מרשין. וביצועיהם במבחנים מבוקרים חרגו במקרים מסוימים מביצוע בדיקות המעבדה הטובות ביותר, הוא אומר. "עד כה, סוגים רבים ושונים של סרטן התגלו על ידי כלבים מוקדם יותר מכל טכנולוגיה אחרת."
יתרה מכך, ככל הנראה הכלבים קולטים קשרים שחמקו עד כה מחוקרים אנושיים: כאשר הוכשרו להגיב לדגימות של חולים עם סוג אחד של סרטן, ישנם כלבים שזיהו אז כמה סוגים אחרים של סרטן – למרות שהדמיון בין הדגימות. לא ניכרו בפני בני האדם.
כלבים אלה יכולים לזהות "סרטן שאין להם חתימות ביו-מולקולריות זהות במשותף, שום דבר בריחות הריח", אומר מרשין, "אם תנתח את הדגימות, נניח, סרטן העור, סרטן שלפוחית השתן וסרטן הריאות – כל הדברים שהכלב הוכח שהם מסוגלים לזהות – אין להם שום דבר במשותף. " עם זאת הכלב יכול איכשהו להכליל מסוג אחד של סרטן כדי שיוכל לזהות את האחרים.
מרשין וצוותו בשנים האחרונות פיתחו, והמשיכו להשתפר, מערכת גלאים ממוזערת המשלבת אפיון של קולטני הריח של יונקים שהתייצבו לפעול כחיישנים, שניתן לטפל בזרמי הנתונים שלהם בזמן אמת על ידי יכולות טלפון חכם. הוא צופה יום בו יהיה מובנה גלאי ריח לכל טלפון, בדיוק כמו שמצלמות נמצאות כיום בכל מקום בטלפונים. גלאים כאלה, המצוידים באלגוריתמים מתקדמים שפותחו באמצעות למידת מכונה, עלולים להעלות סימני מחלה מוקדמים הרבה יותר, ואף יכולים להתריע מפני עשן או דליפת גז".
במבחנים האחרונים, הצוות בדק 50 דגימות של שתן ממקרים מאושרים של סרטן הערמונית ובקרות הידועות כנקיות מהמחלה, תוך שימוש בשני הכלבים שאומנו וטופלו על ידי כלבי הזיהוי הרפואי בבריטניה ובמערכת הזיהוי הממוזערת. לאחר מכן הם יישמו תוכנית למידת מכונה כדי לשבש את הדמיון וההבדל בין הדגימות שיכולים לעזור למערכת מבוססת החיישנים לזהות את המחלה. בבדיקת אותן דגימות, המערכת המלאכותית הצליחה להתאים את אחוזי ההצלחה של הכלבים, כאשר שתי השיטות קיבלו יותר מ -70 אחוז.
מערכת הזיהוי הממוזערת, אומר מרשין, היא למעשה רגישה פי 200 מאף הכלב מבחינת היכולת לזהות ולזהות עקבות זעירים של מולקולות שונות, כפי שאושרו באמצעות בדיקות מבוקרות המופנות על ידי DARPA.
"הכלבים לא יודעים שום כימיה," אומר מרשין. "הם לא רואים בראשם רשימת מולקולות. כשאתה מריח כוס קפה, אתה לא רואה רשימה של שמות וריכוזים, אתה מרגיש תחושה משולבת. התחושה הזו של אופי הריח היא מה שהכלבים מריחים".
בעוד שהמנגנון הפיזי לאיתור וניתוח המולקולות באוויר נמצא בפיתוח כבר כמה שנים, עם הרבה דגש על צמצום גודלו, עד כה הניתוח היה חסר. "ידענו שהחיישנים כבר טובים יותר ממה שהכלבים יכולים לעשות מבחינת גבול הזיהוי, אבל מה שלא הראינו קודם הוא שנוכל לאמן בינה מלאכותית לחקות את הכלבים", הוא אומר. "ועכשיו הראינו שאנחנו יכולים לעשות את זה. הראינו שניתן לשכפל את מה שהכלב עושה במידה מסוימת."
החוקרים אומרים כי הישג זה מספק מסגרת מוצקה להמשך מחקר לפיתוח הטכנולוגיה לרמה המתאימה לשימוש קליני. מרשין מקווה להיות מסוגל לבדוק מערך גדול יותר של דגימות, כ-5,000, כדי לאתר בפירוט רב יותר את האינדיקטורים המשמעותיים למחלה. אך בדיקות כאלה אינן זולות: עלותן של דגימות שנבדקו ומאושרות של שתן נושא מחלות וללא מחלות עולה כ -1,000 דולר לדגימה, לדבריו.
בהתבוננותו כיצד הוא מעורב במחקר זה, נזכר מרשין במחקר על גילוי סרטן שלפוחית השתן, שבו כלב המשיך בזיהוי שגוי של אחד מחברי קבוצת הביקורת כחיובי למחלה, למרות שנבחר באופן ספציפי על סמך בדיקות בית חולים להיות ללא מחלות. המטופל, שידע על בדיקת הכלב, בחר לערוך בדיקות נוספות, וכעבור כמה חודשים נמצא כי הוא סובל מהמחלה בשלב מוקדם מאוד. "למרות שזה רק מקרה אחד, אני חייב להודות שזה הניע אותי", אומר מרשין.
